(57)【要約】【課題】本発明は、部品点数が少ないにも関わらず、温度変化による出力信号の変動を防止することが可能な角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の角速度センサは、角速度振幅検出回路８２からの出力信号を入力する切替スイッチ８７を設け、角速度振幅検出回路８２からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチ８７により、補正演算手段７５の機能を停止させるように構成したものである。【選択図】図２
2013064707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、ローパスフィルタの出力信号をハイパスフィルタの出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、ハイパスフィルタと平滑回路とを設けた角速度振幅検出回路とを備え、前記角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるように構成した角速度センサ。
【請求項２】
タイミング制御回路のクロックを電源起動時に高速化させることにより、オフセット検出回路および角速度振幅検出回路からの出力信号を高速化させた請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
オフセット検出回路におけるローパスフィルタとハイパスフィルタとの間に遅延回路を設け、この遅延回路により検出回路からの出力信号を所定の時間遅延させてからオフセット値を検出するように構成した請求項１記載の角速度センサ。
【請求項４】
駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、前記検出回路からの出力信号をローパスフィルタを介した出力信号をローパスフィルタおよびハイパスフィルタを介した出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、前記オフセット検出回路におけるハイパスフィルタからの出力信号を監視する第１の監視回路と、前記補正演算手段からの出力信号を監視する第２の監視回路とを備え、前記第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲外の値のときにオフセット検出回路の機能を停止させるとともに、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲内の値でかつ、前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内のときにオフセット検出回路の機能を動作させるように構成した角速度センサ。
【請求項５】
前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内になってから、所定の時間経過後、オフセット検出回路の機能を動作させるようにした請求項４記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、航空機、車両などの移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサは、図７に示すような構成を有していた。
【０００３】
図７は従来の角速度センサの斜視図を示したもので、この図７において、１は振動子で、この振動子１はケース２内に収納されている。３は温度センサで、この温度センサ３は前記ケース２の内側に収納されるとともに、前記振動子１の近傍の温度を検出するものである。４はペルチェ素子で、このペルチェ素子４は前記ケース２の上面に設けられている。５は温度制御手段で、この温度制御手段５は前記温度センサ３からの出力信号を基に、ペルチェ素子４に流れる電流の方向および量を制御して、ケース２内の温度を一定の値に制御するものである。
【０００４】
以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００５】
振動子１に交流電圧を印加することにより、振動子１をＹ軸方向に対称振動させ、その振動状態を維持したまま、振動子１をＺ軸周りに角速度ωで回転させると、振動子１にコリオリ力が発生する。そして、このコリオリ力により振動子１に発生する電荷を出力電圧に変換することによって、角速度を検出するものである。
【０００６】
ここで、角速度センサを設置している周辺の温度が変化する場合を考えて見ると、従来の角速度センサにおいては、温度センサ３により、ケース２内の温度を検出するとともに、温度制御手段５により、ペルチェ素子４に加わる電流の方向および量を制御することで、ケース２内の温度を所定の値に制御することにより、温度変化により生じる出力信号の変動を防止するようにしていた。
【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１８７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した従来の構成においては、角速度センサを設置している周辺の温度が変化する場合には、温度センサ３により、ケース２内の温度を検出するとともに、温度制御手段５により、ペルチェ素子４に加わる電流の方向および量を制御することで、ケース１内の温度を所定の値に制御することにより、温度変化により生じる出力信号の変動を防止するようにしていたため、角速度センサの部品点数が増え大型化してしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、部品点数が少ないにも関わらず、温度変化による出力信号の変動を防止することが可能な角速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、ローパスフィルタの出力信号をハイパスフィルタの出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、ハイパスフィルタと平滑回路とを設けた角速度振幅検出回路とを備え、前記角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたもので、この構成によれば、角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、タイミング制御回路のクロックを電源起動時に高速化させることにより、オフセット検出回路および角速度振幅検出回路からの出力信号を高速化させたもので、この構成によれば、電源起動時から瞬時に、温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動を補正することができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、オフセット検出回路におけるローパスフィルタとハイパスフィルタとの間に遅延回路を設け、この遅延回路により検出回路からの出力信号を所定の時間遅延させてからオフセット値を検出するように構成したもので、この構成によれば、オフセット検出回路におけるローパスフィルタとハイパスフィルタとの間に遅延回路を設け、この遅延回路により検出回路からの出力信号を所定の時間遅延させてからオフセット値を検出するようにしたため、角速度振幅検出回路により検出した角速度信号の発生と同時に、補正演算手段におけるオフセット検出回路を動作させることができることとなり、これにより、さらに確実に、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の発明は、駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、前記検出回路からの出力信号をローパスフィルタを介した出力信号をローパスフィルタおよびハイパスフィルタを介した出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、前記オフセット検出回路におけるハイパスフィルタからの出力信号を監視する第１の監視回路と、前記補正演算手段からの出力信号を監視する第２の監視回路とを備え、前記第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲外の値のときにオフセット検出回路の機能を停止させるとともに、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲内の値でかつ、前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内のときにオフセット検出回路の機能を動作させるようにしたもので、この構成によれば、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲外の値のときにオフセット検出回路の機能を停止させるとともに、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲内の値でかつ、前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内のときにオフセット検出回路の機能を動作させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内になってから、所定の時間経過後、オフセット検出回路の機能を動作させるようにしたもので、この構成によれば、第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内になってから、所定の時間経過後、オフセット検出回路の機能を動作させるようにしたため、角速度による出力信号を補正することなしに、出力信号の変動のみを補正することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明の角速度センサは、駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、ローパスフィルタの出力信号をハイパスフィルタの出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、ハイパスフィルタと平滑回路とを設けた角速度振幅検出回路とを備え、前記角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたもので、この構成によれば、角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正することが可能な角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるΣΔ型ＡＤ変換器を用いた角速度センサの回路図
【図２】同角速度センサにおける補正演算手段および角速度振幅検出の回路図
【図３】（ａ）〜（ｆ）同角速度センサの動作状態を示す図
【図４】（ａ）〜（ｃ）同角速度センサの出力信号補正の動作状態を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における補正演算手段の回路図
【図６】（ａ）〜（ｄ）同角速度センサの出力信号補正の動作状態を示す図
【図７】従来の角速度センサの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態１における角速度センサの回路図、図２は同角速度センサにおける補正演算手段および角速度振幅検出の回路図である。
【００２１】
図１において、３０は振動子で、この振動子３０は振動体３１と、この振動体３１を振動させるための圧電体を有する駆動電極３２と、振動状態に応じて電荷を発生する圧電体を有するモニタ電極３３と、前記振動子３０に角速度が印加されると電荷を発生する圧電体を有する第１のセンス電極３４と第２のセンス電極３５とを設けている。そして、前記第１のセンス電極３４と第２のセンス電極３５とは互いに逆極性になるように構成されている。３６は電荷増幅器で、この電荷増幅器３６には前記振動子３０におけるモニタ電極３３が出力する電荷が入力され、そしてこの入力された電荷を所定の倍率で電圧に変換するものである。３７はバンドパスフィルタで、このバンドパスフィルタ３７には前記電荷増幅器３６の出力が入力され、そしてこの入力された信号のノイズ成分を除去してモニタ信号を出力するものである。３８はＡＧＣ回路で、このＡＧＣ回路３８は半波整流平滑回路（図示せず）を有しているもので、前記バンドパスフィルタ３７の出力信号を半波整流して平滑したＤＣ信号を生成し、このＤＣ信号をもとに前記バンドパスフィルタ３７の出力するモニタ信号を増幅あるいは減衰させて出力するものである。３９は駆動回路で、この駆動回路３９には前記ＡＧＣ回路３８の出力が入力され、前記振動子３０の駆動電極３２に駆動信号を出力するものである。そして、前記電荷増幅器３６、バンドパスフィルタ３７、ＡＧＣ回路３８および駆動回路３９によりドライブ回路４０を構成している。
【００２２】
４１はＰＬＬ回路で、このＰＬＬ回路４１は前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７が出力するモニタ信号を逓倍し、位相ノイズを時間的に積分し低減して出力するものである。４２はタイミング生成回路で、このタイミング生成回路４２は前記ＰＬＬ回路４１から出力されるモニタ信号を逓倍した信号をもとに、タイミング信号を生成して出力するものである。そして、前記ＰＬＬ回路４１とタイミング生成回路４２とでタイミング制御回路４３を構成している。４７は第１のＤＡ切替手段で、この第１のＤＡ切替手段４７は、第１の基準電圧４９および第２の基準電圧５０を有し、そしてこの第１の基準電圧４９と第２の基準電圧５０を所定の信号により切り替えるものである。５１はＤＡ出力手段で、このＤＡ出力手段５１は前記第１のＤＡ切替手段４７の出力信号が入力されるコンデンサ５２と、このコンデンサ５２の両端に接続され、第２のタイミングΦ２で動作してコンデンサ５２の電荷を放電するスイッチ５３，５４とにより構成されている。そして、前記第１のＤＡ切替手段４７と第１のＤＡ出力手段５１とで第１のＤＡ変換手段４８を構成し、かつこの第１のＤＡ変換手段４８は第１のタイミングΦ１で前記コンデンサ５２の電荷を放電するとともに、第１のＤＡ切替手段４７が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力するものである。５５は第１のスイッチで、この第１のスイッチ５５は前記第１のタイミングΦ１で第１のセンス電極３４から、電流からなる出力信号を出力するものである。５６は第１の積分回路で、この第１の積分回路５６には前記第１のスイッチ５５の出力が入力されるもので、演算増幅器５７と、この演算増幅器５７の帰還に並列に接続されるコンデンサ５８とにより構成されている。
【００２３】
５９は第２のＤＡ切替手段で、この第２のＤＡ切替手段５９は、第１の基準電圧６０および第２の基準電圧６１を有し、そしてこの第１の基準電圧６０と第２の基準電圧６１を所定の信号により切り替えるものである。６２は第２のＤＡ出力手段で、この第２のＤＡ出力手段６２は前記第２のＤＡ切替手段５９の出力信号が入力されるコンデンサ６３と、このコンデンサ６３の両端に接続され、第２のタイミングΦ２で動作してコンデンサ６３の電荷を放電するスイッチ６４ａ，６４ｂとにより構成されている。そして、前記第２のＤＡ切替手段５９と第２のＤＡ出力手段６２とで第２のＤＡ変換手段６６を構成し、かつこの第２のＤＡ変換手段６６は第２のタイミングΦ２で前記コンデンサ６３の電荷を放電するとともに、第２のＤＡ切替手段５９が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力するものである。６５は第２のスイッチで、この第２のスイッチ６５は前記第１のタイミングΦ１で、第２のセンス電極３５から出力信号を出力するものである。６７は第２の積分回路で、この第２の積分回路６７には前記第２のスイッチ６５の出力が入力されるもので、演算増幅器６８と、この演算増幅器６８の帰還に並列に接続されるコンデンサ６９とにより構成されている。７０は比較回路で、この比較回路７０には前記第１の積分回路５６が出力する積分信号と第２の積分回路６７が出力する積分信号とを比較する比較器７１と、Ｄ型フリップフロップ７２とにより構成されており、前記Ｄ型フリップフロップ７２に、比較器７１が出力する１ビットからなるデジタル信号を入力している。また、前記Ｄ型フリップフロップ７２は前記第１のタイミングΦ１の開始時に前記１ビットデジタル信号をラッチしてラッチ信号を出力するものであり、このラッチ信号は、前記第１のＤＡ変換手段４８の第１のＤＡ切替手段４７に入力されて第１の基準電圧４９または第２の基準電圧５０を切り替えるとともに、前記第２のＤＡ変換手段６６の第２のＤＡ切替手段５９に入力されて第１の基準電圧６０または第２の基準電圧６１を切り替えるものである。そして、前記第１のＤＡ変換手段４８、第２のＤＡ変換手段６６、第１の積分回路５６、第２の積分回路６７および比較回路７０により検出回路７３（ΣΔ変調器）を構成している。そして、この検出回路７３（ΣΔ変調器）は上記構成により、前記振動子３０における第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５より出力される電荷をΣΔ変調し、１ビットデジタル信号に変換して出力するものである。
【００２４】
７４はデジタルフィルタで、このデジタルフィルタ７４には前記検出回路７３より出力されるデジタル信号が入力され、ノイズ成分を除去するフィルタリング処理を行うものである。７５は補正演算手段で、この補正演算手段７５にはフリップフロップ７２が出力する１ビット信号が入力され、この１ビット差分信号と所定の補正情報との補正演算を置換処理により実現するものである。つまり、上記したように補正演算手段７５に入力される１ビット差分信号が“０”“１”“−１”であり、例えば、補正情報が“５”である場合にはそれぞれ“０”“５”“−５”と置き換えて出力する構成となっている。そして、この補正演算手段７５は、図２に示すように、検出回路７３からの出力信号が入力される第１のローパスフィルタ８９と、オフセット検出回路７７とにより構成され、さらに、このオフセット検出回路７７は、遅延回路７８と、ハイパスフィルタ７９と、ローパスフィルタ８９と前記ハイパスフィルタ７９との差値を演算する第１の差算器８０とを設けている。
【００２５】
また、前記補正演算手段７５には、第２の差算器８１を設けており、この第２の差算器８１は、前記検出回路７３からの出力信号から前記オフセット検出回路７７における第１の差算器８０からの出力信号を差算して出力するものである。８２は角速度振幅検出回路で、この角速度振幅検出回路８２は、第２のハイパスフィルタ８３、平滑回路８４、第２のローパスフィルタ８５およびスレッシュホールド８６とにより構成されている。そして、この角速度振幅検出回路８２は、検出回路７３からの出力信号を第１のローパスフィルタ８９を介して入力し、角速度センサに角速度が加わっているかどうかを検出するものである。
【００２６】
８７は切替スイッチで、この切替スイッチ８７は、前記角速度振幅検出回路８２からの出力信号がノイズ信号レベル以上の値となった際には、角速度センサに角速度が働いているとして、“１”信号が入力され、クロック信号の出力を停止させて、オフセット検出回路７７の機能を停止させるものである。一方、前記切替スイッチ８７は、角速度振幅検出回路８２からの出力信号がノイズ信号レベル未満の値となった際には、角速度センサに角速度が働いていないとして、“０”信号が入力され、クロック信号を出力することによりオフセット検出回路７７を機能させるものである。８８は切替クロックで、この切替クロック８８は、角速度センサの起動時には、クロックを高速化させるとともに、高速化させたタイミング制御回路４３により、角速度振幅検出回路８２を動作させる。そして、角速度が加わらなくなったら、即座に、切替スイッチ８７を機能させて、オフセット検出回路７７を動作させるものである。
【００２７】
そして、デジタルフィルタ７４および補正演算手段７５により演算手段７６を構成している。
【００２８】
そしてまた、前記タイミング制御回路４３と検出回路７３（ΣΔ変調器）および演算手段７６によりセンス回路を構成している。
【００２９】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【００３０】
前記振動子３０の駆動電極３２に交流電圧を加えると、前記振動体３１が共振し、モニタ電極３３に電荷が発生する。このモニタ電極３３に発生した電荷をドライブ回路４０における電荷増幅器３６に入力し、正弦波形の出力電圧に変換する。そしてこの電荷増幅器３６の出力電圧をバンドパスフィルタ３７に入力し、前記振動体３１の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去した図３（ａ）に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７の出力信号をＡＧＣ回路３８が有する半波整流平滑回路（図示せず）に入力することにより、ＤＣ信号に変換する。そしてＡＧＣ回路３８はこのＤＣ信号が大の場合には前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７の出力信号を減衰させるような信号を、一方、前記ＤＣ信号が小の場合には前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７の出力信号を増幅させるような信号を駆動回路３９に入力し、そして前記振動体３１の振動が一定振幅となるように調整するものである。さらに、タイミング制御回路４３に、図３（ａ）に示される正弦波信号が入力され、そしてこの正弦波信号を前記ＰＬＬ回路４１で逓倍した信号をもとにタイミング生成回路４２により図３（ｂ）で示される第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２を形成する。そして、このタイミング信号が前記検出回路７３（ΣΔ変調器）および補正演算手段７５に、スイッチの切替およびラッチ回路のラッチタイミングとして入力される。
【００３１】
また、前記振動子３０が図１に図示している駆動方向に速度値に相当する電荷で屈曲振動している状態において、前記振動体３１の長手方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、この振動子３０にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により前記振動子３０が有する第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように電荷が発生する。そしてこの第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記モニタ電極３３に発生する信号より位相が９０度進んでいる。前記第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に発生した出力信号は図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す通り、正極性信号と負極性信号の関係にある。
【００３２】
この場合における検出回路７３（ΣΔ変調器）の動作を以下に説明する。この検出回路７３（ΣΔ変調器）は第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２を繰り返すことによって動作するもので、第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２では振動子３０における第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５から出力される正極性信号または負極性信号がΣΔ変調されて１ビットデジタル信号に変換される。
【００３３】
上記した第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２での動作をひとつずつ説明する。
【００３４】
ここでは、振動子３０の中心軸を中心に所定の角速度が振動子３０に付与されて、振動子３０が回転し、第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に８値に相当する電荷の出力電圧が発生する場合を考える。
【００３５】
まず、第１のタイミングΦ１では、振動子３０における第１のセンス電極３４から発生する８値に相当する電荷からなる出力信号が第１の積分回路５６におけるコンデンサ５８に保持されるとともに、このコンデンサ５８に保持されている出力信号が比較回路７０における比較器７１の反転端子７１ａに入力される。これと同様に、振動子３０における第２のセンス電極３５から発生する出力信号が第２の積分回路６７におけるコンデンサ６９に保持されるとともに、このコンデンサ６９に保持されている−８値に相当する電荷からなる出力信号が比較回路７０における比較器７１の非反転端子７１ｂに入力される。そうすると、比較器７１から比較結果として、１ビットデジタル信号“１”がフリップフロップ７２に入力され、第２のタイミングΦ２時に、フリップフロップ７２にラッチされる。そして、第２のタイミングΦ２で、第１のＤＡ出力手段５１におけるスイッチ５３およびスイッチ５４がＯＮになり、コンデンサ５２に保持されている電荷が放電されるとともに、第２のＤＡ出力手段６２におけるスイッチ６４ａおよびスイッチ６４ｂがＯＮになり、コンデンサ６３に保持されている電荷が放電される。そして、フリップフロップ７２からのラッチ信号“１”が、次の、第１のタイミングΦ１時に第１のＤＡ変換手段４８における第１のＤＡ切替手段４７に入力され、−１０値に相当する電荷を発生する第２の基準電圧５０に切り替えられる。同様に、第２のＤＡ変換手段６６における第２のＤＡ切替手段５９に入力され、１０値に相当する電荷を発生する第１の基準電圧６０に切り替えられる。そうすると、第１のＤＡ出力手段５１におけるコンデンサ５２に、第２の基準電圧５０の−１０値に相当する電荷に対応する電荷が蓄えられ、第１の積分回路５６に入力されるとともに、第２のＤＡ出力手段６２におけるコンデンサ６３に第１の基準電圧６０の１０値に相当する電荷に対応する電荷が蓄えられ、第２の積分回路６７に入力される。それとともに、第１のスイッチ５５がＯＮになり、前記振動子３０の第１のセンス電極３４より発生する８値に相当する電荷に対応する電荷が第１の積分回路５６に出力される。さらに、第２のスイッチ６５がＯＮになり、第２のセンス電極３５から８値に相当する電荷に対応する電荷が第２の積分回路６７に入力される。
【００３６】
これにより第２のタイミングΦ２では、第１の積分回路５６におけるコンデンサ５８に、図３（ｅ）の斜線部で示される電荷量と第１のＤＡ変換手段４８より出力される電荷量の総和が積分されて６値に相当する電荷からなる出力信号が第１の積分回路５６に保持されることになる。これと同様に、第２の積分回路６７におけるコンデンサ６９に、図３（ｆ）の斜線部で示される電荷量と第２のＤＡ変換手段６６より出力される電荷量の総和が積分されて−６値に相当する電荷からなる出力信号が第２の積分回路６７に保持されることになる。そして、比較器７１により比較して、フリップフロップ７２に１ビットデジタル信号として出力されることになる。そして、このような前述したサイクルを繰り返すことにより、第１の積分回路５６に保持される電圧は順次２値に相当する電荷ずつ低下し、一方、第２の積分回路６７に保持される電圧は順次、２値に相当する電荷ずつ増加する。その結果、第１の積分回路５６および第２の積分回路６７に保持される電圧が０値に相当する電荷になるまでは、“１”の出力信号が出力される。その後、第１の積分回路５６に保持される電圧が−２値に相当する電荷になるとともに、第２の積分回路６７に保持される電圧が２値に相当する電荷になると、比較器７１からは、“−１”出力信号が出力される。そうすると、フリップフロップ７２からは、“−１”の出力信号が第１のＤＡ切替手段４７および第２のＤＡ切替手段５９に入力され、第１のＤＡ変換手段４８における第１の基準電圧４９から、１０値に相当する電荷の電圧が出力され、対応した電荷がコンデンサ５２に保持されるとともに、第２のＤＡ変換手段６６における第２の基準電圧６１からは、−１０値に相当する電荷の電圧が出力され、対応する電荷がコンデンサ６３に保持される。そうすると、第１の積分回路５６に１６値に相当する電荷の電圧が保持されるとともに、第２の積分回路６７に−１６値に相当する電荷の電圧が保持される。以後、第１の積分回路５６および第２の積分回路６７の出力電圧が順次２値に相当する電荷ずつ変化して、“１”の出力信号が９回出力された後、“−１”の出力信号が１回出力され、マルチビット化すると、“０．８”の出力信号が出力されて、角速度の信号として検出されるものである。
【００３７】
ここで、角速度センサの周囲の温度が変化することにより、角速度センサからの出力信号が変化する場合を考える。
【００３８】
そのような場合には、図４（ａ）に示すように、検出回路７３からの出力信号に低周波からなる変動が発生する。
【００３９】
そして、オフセット検出回路７７における第１のハイパスフィルタ７９からは低周波からなる変動分を除去した高周波成分を含む信号のみが通過し、この高周波成分を除去した信号を第１の差算器８０により差算することにより、図４（ｂ）に示す信号、すなわちオフセット値が出力される。
【００４０】
そしてまた、補正演算手段７５における第２の差算器８１により、図４（ａ）に示す検出回路７３から出力される出力信号から、図４（ｂ）に示すオフセット値を差算することにより、図４（ｃ）に示すように、低周波からなる変動量を補正した出力信号を出力するものである。
【００４１】
このとき、角速度が働いている場合に誤って、オフセット値の補正をすることを防止するため、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、角速度振幅検出回路８２からの出力信号を入力する切替スイッチ８７を設け、角速度振幅検出回路からの出力信号がノイズ信号レベル以上の値となった際には、切替スイッチ８７に“１”信号が入力され、オフセット検出回路７７の機能を停止させている。
【００４２】
一方、起動時等に発生する低周波からなるオフセット値は角速度振幅検出回路８２における第２のハイパスフィルタ８３によりカットされることにより、角速度振幅検出回路８２におけるスレッシュホールド８６から出力信号が出力されない。したがって、切替スイッチ８７に“０”信号が入力され、オフセット検出回路７７の機能が働くこととなるものである。
【００４３】
すなわち、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、角速度振幅検出回路８２からの出力信号を入力する切替スイッチ８７を設け、角速度振幅検出回路８２からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチ８７により、前記オフセット検出回路７７の機能を停止させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。
【００４４】
ここで、さらに、角速度センサの起動時に、温度変化により、出力信号の変動が生じる場合を考える。角速度センサの起動時には、切替クロック８８により、クロックを高速化させるとともに、角速度振幅検出回路８２および補正演算手段７５におけるオフセット検出回路７７を同時に機能させる。そして、予め、オフセット検出回路７７によりオフセット値を認識しておき、角速度振幅検出回路８２からの出力信号が発生しなくなった後、低周波からなる出力信号の変動を補正するものである。
【００４５】
すなわち、タイミング制御回路４３のクロックを電源起動時に高速化させることにより、オフセット検出回路７７および角速度振幅検出回路８２からの出力信号を高速化させたため、電源起動時から瞬時に、温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動を補正することができるという作用効果を有するものである。
【００４６】
また、前述の角速度振幅検出回路８２の動作の過程において、角速度センサに角速度が働いてから、角速度振幅検出回路８２が角速度を検出するまで、時間遅れが生じる。そこで、前述の如く、オフセット検出回路７７における第１のローパスフィルタ８９と第１のハイパスフィルタ７９との間に遅延回路７８を設け、この遅延回路７８により検出回路７３からの出力信号を、角速度振幅検出回路８２による時間遅れ分の時間を遅延させてからオフセット値を検出するようにしたため、角速度振幅検出回路８２により検出した角速度信号の発生と同時に、補正演算手段７５におけるオフセット検出回路７７を動作させることができることとなり、これにより、さらに確実に、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。
【００４７】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４〜５に記載の発明について説明する。
【００４８】
図５は本発明の実施の形態２の角速度センサにおける補正演算手段の回路図である。
【００４９】
なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。
【００５０】
図５において、９１はウインドウコンパレータからなる第１の監視回路で、この第１の監視回路９１は前記ハイパスフィルタ７９からの出力信号が第１の監視回路９１の閾値以上となった際に、角速度センサに角速度が働いているとしてロー値からなる出力信号を出力するものである。９２は第１のタイマーで、この第１のタイマー９２は前記第１の監視回路９１からの出力信号が閾値以下にあるときに、角速度が働いていないことを検出し、その角速度が働いていない検出時間を出力するものである。９３はオフセット検出回路スタートタイマーで、このオフセット検出回路スタートタイマー９３は前記ハイパスフィルタ７９からの出力信号が閾値以上となった際に、即時にオフセット検出回路７７の動作を停止させる出力信号を出力するものである。９４はウインドウコンパレータからなる第２の監視回路で、この第２の監視回路９４は前記補正演算手段７５からの出力信号が、閾値以上となった際に、角速度センサに角速度が働いているとしてロー値からなる出力信号を出力するものである。
【００５１】
一方、前記補正演算手段７５からの出力信号が、閾値以下にあるときに、角速度が働いていないことを検出し、ハイ値からなる出力信号を出力するものである。９５は第２のタイマーで、この第２のタイマー９５は前記第２の監視回路９４からの出力信号がロー値である期間が１００ｍｓｅｃ以上経過時に、角速度が働いていないとして、出力信号を出力するものである。９６はＳＯＣモード制御回路で、このＳＯＣモード制御回路９６は前記第１のタイマー９２、オフセット検出回路スタートタイマー９３および第２のタイマー９５からの出力信号が入力されるとともに、オフセット検出回路７７を制御するモード信号を出力するものである。
【００５２】
ここで、角速度センサの周囲の温度が変化することにより、角速度センサからの出力信号が変化する場合を考える。
【００５３】
そのような場合には、図６（ａ）に示すように、検出回路７３からの出力信号に低周波からなる変動が発生する。
【００５４】
そして、オフセット検出回路７７における第１のハイパスフィルタ７９からは図６（ｂ）に示すように、高周波成分のみが通過する。角速度が入力されると第１の監視回路９１からの出力信号が閾値以上となり、ロー値からなる出力信号がオフセット検出回路スタートタイマー９３に入力される。オフセット検出回路スタートタイマー９３からは即時に、ＳＯＣモード制御回路９６に信号が入力される。そして、ＳＯＣモード制御回路９６から、オフセット検出回路７７のデータの更新をストップする信号が入力される。そうすると、第１の差算器８０によるオフセット値の算出がストップすることとなる。
【００５５】
一方、角速度センサに角速度が働かなくなると、図６（ｃ）に示すように、第２の監視回路９４からの出力信号が閾値以下となり、第２の監視回路９４からはハイ値が出力される。また、第１の監視回路９１からの出力信号も時間の経過とともに、閾値以下となり、ハイ値が出力される。このような場合には、図６（ｄ）に示すように、第２のタイマー９５により１００ｍｓｅｃの間、第２の監視回路９４からの出力信号がハイ値であり続けることを確認後、ＳＯＣモード制御回路９６からオフセット検出回路７７にオフセットの算出を指示する。そうすると、第１の差算器８０により、出力変動分が算出され、第２の差算器８１により、検出回路７３からの出力信号を補正するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る角速度センサは、部品点数が少ないにも関わらず、温度変化による出力信号の変動を防止することができるという効果を有するものであり、特に、航空機、車両などの移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角速度センサとして有用なものである。
【符号の説明】
【００５７】
３０  振動子
３２  駆動電極
３３  モニタ電極
３４  第１のセンス電極
３５  第２のセンス電極
４３  タイミング制御回路
７３  検出回路
７７  オフセット検出回路
７８  遅延回路
７９  第１のハイパスフィルタ
８２  角速度振幅検出回路
８３  第２のハイパスフィルタ
８４  平滑回路
８７  切替スイッチ
８９  第１のローパスフィルタ
９１  第１の監視回路
９４  第２の監視回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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